CN109355283B - 一种适用于空间的核酸自动提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于空间的核酸自动提取装置，包括平移台、步进电机、限位开关、注射器组、硅橡胶管、压管阀、电磁铁、控制电路。注射器组为五个固连在一起的1ml注射器，用于存储核酸提取需要的试剂；注射器固定在平移台上，平移台由步进电机驱动，可以推拉注射器的活塞；限位开关位于注射器活塞行程的尽头，用于反馈电机位置；各个注射器通过硅橡胶管连接在一起，压管阀用于控制硅橡胶管的通断；两个电磁铁位于主注射器两侧，用于产生震荡磁场。本发明实现了在液体密闭体系内从样品到纯化的核酸的全自动提取过程，无气溶胶污染的风险，可用于微重力环境下生物样品的核酸自动提取，便于和后续核酸处理模块进行集成。
Description
技术领域
本发明涉及空间生物技术，特别是指一种适用于空间微重力环境下、可以实现核酸自动提取的装置。
背景技术
核酸是现代分子生物学检测的重要对象，核酸检测首要的问题是从生物样品中提取所需的核酸。实验室常用的核酸提取方法有手工提取和自动提取仪提取两种，手工提取需要依次将样品裂解、吸附、清洗、洗脱等，所需步骤繁琐，液体在空气中容易挥发，样品易受污染。实验室核酸自动提取仪是通过机械臂，将手工提取的步骤，在机器内自动实现，所用试管也是敞开式的，同样存在样品污染的风险问题。这两种方法都不适于空间微重力环境下使用。
鲜活的植物、活体动物和微生物是我国空间站内生命科学实验的主要对象，目前空间生命科学试验中样品的分子生物学层面的研究，都需要将样品返回地面，才能进行分析。而返回地面的样品的都需要先进行固定，才不会受地面环境的影响。基因层面的分子生物学研究作为现代生物的重要研究手段，是我国空间生命科学研究所不可或缺的。随着我国空间站的建设，空间生命科学实验需要可以在空间实现核酸提取。但是，地面实验室常用的核酸提取仪器，借助重力的环境，使液体处于试管底部，而在空间微重力情况下对液体进行操作，没有固定的气液界面，地面装置无法在空间直接使用。同时，空间站内进行复杂操作，对实验操作人员的要求很高，因此，我国空间站需要研究适合空间应用的自动化核酸自动提取技术。
发明内容
本发明公布的一种适用于空间的核酸自动提取装置，包括注射器组、固定板、平移台、步进电机、限位开关、硅橡胶管、压管阀、电磁铁、控制电路，其特征在于：
所述的步进电机为同一类型的微型步进电机，可保证每个脉冲所产生的推拉距离一致；
所述的注射器组为固连在一起的、生物相容性好的聚丙烯材质的1ml细管注射器，注射器通过固定板固连在一起可方便拆装；
固定板为固定注射器的一个安装板，固定板上加工有可嵌入注射器管的凹槽，通过螺丝将注射器固定在两片夹板中间；
所述的平移台为微型平移台，行程可覆盖注射器活塞的活动范围；
所述压管阀为常闭式微型压管阀，可实现各个换液步骤间的液体干扰降至最低；
所述电磁铁为两片型号相同的、吸力大于2N的微型电磁铁，可驱动注射器内的磁珠进行往复振荡运动；
注射器组通过硅橡胶管连接起来，并安装到平移台上之后，通过控制步进电机推拉和压管阀的通断，依次实现样品的裂解、清洗、洗脱等步骤。
实现本发明的技术方案为：
(1)将装有磁珠、裂解液、清洗液1、清洗液2、洗脱液的注射器分别固定安装到固定板上，连接硅橡胶管，并用夹管夹将各注射器液体进行封装保存；
(2)核酸提取操作时，将样品吸入装有磁珠的注射器，完成加样；然后将加样后的注射器组安装到平移台基座上；
(3)启动自动核酸提取程序，依次打开各个压管阀，推拉注射器完成裂解、吸附、清洗、洗脱操作，并用电磁铁对注射器3-1内的液体进行振荡混合或吸附。
(4)最终提纯后的核酸位于注射器3-2内，可用于后续的核酸检测试验。
(5)整个提纯试验结束后，取下注射器组，准备下一次核酸提取试验。
本发明的优点：
(1)核酸提取过程中，所有液体的操作在密封体系内完成，该技术使得核酸自动提取可以在微重力环境下进行；
(2)该核酸自动提取磁珠的震荡通过外部施加交变磁场实现，磁珠的往复震荡使样品的混合效率更高；
(3)本发明的密闭体系，避免了核酸样品的污染，同时也避免了所操作样品对环境的污染，使的核酸操作在同一个实验室内即可完成，降低了假阳性的概率。
(4)本装置在样品注射器上采用四孔针头，减小了针头部位的液体死体积，分别引出硅橡胶管道后端注射器，避免了后端4种液体的串扰问题。
(5)本装置所用注射器成本低，且通过外部固定板连接在一起，便于拆装更换。
附图说明
图1为一种适用于空间的核酸自动提取装置系统结构示意图。
图中：1.步进电机；2.平移台；3.注射器组；4.固连夹板；5.限位开关；6.硅橡胶管；7.压管阀；8.电磁铁。
图2为固定连接在一起的注射器组结构示意图。
图中：3-1.样品注射器；3-2洗脱液注射器；3-3清洗液2注射器；3-4清洗液1注射器；3-5裂解液注射器；3-6四孔针头；4固定板。
具体实施方式
本专利所述装置在实验室内进行了验证，具体操作步骤如下：
(1)在无菌操作台将样品和磁珠吸入注射器3-1，将裂解液吸入注射器3-5、清洗液1吸入注射器3-4、清洗液2吸入注射器3-3、洗脱液吸入注射器3-2；连接硅橡胶管6，并用夹子夹住各硅橡胶管；将注射器安装到固定板4上，完成加样准备。
(2)加电，打开压管阀后，将连接好的注射器组安装到平移台上，压管阀关闭后，取下加样时所用的夹子，完成安装；开始自动核酸提取。
(3)程序控制裂解液注射器3-5对应的压管阀打开，步进电机推动注射器3-5，同时拉动注射器3-1，直至注射器3-5内裂解液完全注入注射器3-1内，完成裂解液的注入；启动电磁铁8进入振荡模式，振荡时间根据试剂要求确定，完成裂解操作。
(4)裂解后，电磁铁8进入吸附模式，然后步进电机推动注射器3-1，同时拉动裂解液注射器3-5，直至注射器3-1内活塞运动到底部，关闭注射器3-5对应压管阀，完成吸附操作。
(5)程序控制注射器3-4对应的压管阀打开，步进电机推动清洗液1注射器3-4，同时拉动注射器3-1，直至注射器3-4内清洗液1完全注入注射器3-1内，完成清洗液1的吸入；启动电磁铁8进入振荡模式，振荡时间根据试剂要求确定，完成清洗1操作。
(6)清洗1完成后，电磁铁8进入吸附模式，然后步进电机推动注射器3-1，同时拉动清洗液注射器3-4，直至注射器3-1内活塞运动到底部，排掉清洗液1，关闭注射器3-4对应压管阀。
(7)程序控制注射器3-3对应的压管阀打开，步进电机推动清洗液2注射器3-3，同时拉动注射器3-1，直至注射器3-3内清洗液2完全注入注射器3-1内，完成清洗液2的吸入；启动电磁铁8进入振荡模式，振荡时间根据试剂要求确定，完成清2操作。
(8)清洗2完成后，电磁铁8进入吸附模式，然后步进电机推动注射器3-1，同时拉动清洗液注射器3-3，直至注射器3-1内活塞运动到底部，排掉清洗液2，关闭注射器3-3对应压管阀。
(9)程序控制注射器3-2对应的压管阀打开，步进电机推动洗脱注射器3-2，同时拉动注射器3-1，直至注射器3-2内洗脱液完全注入注射器3-1内，完成洗脱液的吸入；启动电磁铁8进入振荡模式，振荡时间根据试剂要求确定，完成洗脱液吸入操作。
(10)洗脱完成后，电磁铁8进入吸附模式，然后步进电机推动注射器3-1，同时拉动洗脱液注射器3-2，将洗脱下来的提纯后的核酸吸入注射器3-2。关闭注射器3-2对应压管阀，完成核酸提取。
(11)提纯后的核酸经实时PCR仪扩增验证，本装置与实验室商用核酸提取仪的核酸提取效率相当。
Claims (1)
1.一种适用于空间的核酸自动提取装置，包括步进电机(1)、平移台(2)、注射器组(3)、固连夹板(4)、限位开关(5)、硅橡胶管(6)、压管阀(7)、电磁铁(8)和控制电路，其特征在于：
所述的步进电机(1)为同一类型的微型步进电机，可保证每个脉冲所产生的推拉距离一致；
所述的注射器组(3)为固连在一起的、生物相容性好的聚丙烯材质的1ml细管注射器，注射器通过固连夹板(4)固连在一起可方便拆装，所述注射器的针头为四孔针头；
固连夹板(4)为固定注射器的一个安装板，固连夹板上加工有可嵌入注射器管的凹槽，通过螺丝将注射器固定在两片夹板中间；
所述的平移台(2)为微型平移台，行程可覆盖注射器组(3)活塞的活动范围；
所述压管阀(7)为常闭式微型压管阀，可将各个换液步骤间的液体干扰降至最低；
所述电磁铁(8)为两片型号相同的、吸力大于2N的微型电磁铁，可驱动注射器(3-1)内的磁珠进行往复振荡运动；
注射器组(3)通过硅橡胶管(6)连接起来，并安装到平移台(2)上之后，通过控制步进电机(1)推拉和压管阀(7)的通断，依次实现样品的裂解、清洗、洗脱步骤。
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